Применение ПАВ при хранении нефти и нефтепродуктов



Статья посвящена вопросам повышения эффективности промысловой подготовки нефти к транспорту путем снижения потерь легких углеводородов с помощью поверхностноактивных веществ.

Ключевые слова: потери нефти, скорость испарения жидкости, упругость паров, поверхностно-активные вещества

Большинство применяемого в настоящее время оборудования для сокращения потерь нефти, используемого в условиях промысла нефти, потеряли свою актуальность. Изобретения устаревают морально и физически, по причине увеличения объемов перекачки нефти и нефтепродуктов и ужесточившихся экологических требований. К тому же, они не способны обеспечить должный уровень сохранности хранимого продукта, что приводит к его безвозвратной потери и, как следствие, материальным убыткам [1].

Наиболее существенные потери происходят в резервуарах, в основном при больших дыханиях. При закачке в частично опорожненный резервуар продукта объемом V в воздух вытесняются пары легких углеводородов, масса вытесняемых легких углеводородов определяется по формуле

(1)

где p — упругость паров углеводородов, Па;

p_o — атмосферное давление, Па;

T — температура в резервуаре, К;

M — средняя молекулярная масса углеводородов, г/моль.

Вес выбрасываемых углеводородов прямо пропорционален упругости паров. При T = 313K, M = 60, p / p_o = 2 / 3 выброс углеводородов составляет 1,5 кг/м³. При непрерывной работе резервуаров выбросы углеводородов становятся значительными [2].

Скорость испарения жидкости определяется, как известно, по формуле [3]:

(2)

где k — константа;

Q — теплота, Дж;

R — газовая постоянная, Дж/(моль·К);

T — абсолютная температура жидкости, К;

S — площадь поверхности жидкости, м².

Скорость конденсации паров на поверхности жидкости [4]:

(3)

где z — удельное число столкновений молекул паров с поверхностью

жидкости,

р — упругость паров, Па.

При равновесии:

(4)

(5)

Таким образом, упругость паров не зависит от площади поверхности жидкости.

Учитывая то, что температура кипения нелетучего вещества выше температуры кипения чистого растворителя (явление эбуллиоскопии), можно предположить, что снижение упругости паров происходит в результате того, что часть поверхности жидкости занята молекулами растворенного вещества, то с введением в жидкость ПАВ оно конденсируется на поверхности, что должно оказывать большее влияние, чем в случае эбуллиоскопии.

В настоящее время присадки являются непременным элементом высокой технической культуры производства и применения топлив.

Присадки — это поверхностно-активные вещества (ПАВ) различной химической природы, которые, обладая высокой поверхностной активностью, образуют на поверхности топлива прочную сорбционную пленку, затрудняющую выход молекул легкокипящих углеводородов [2].

Под ПАВ понимают химические соединения, способные вследствие положительной адсорбции изменять фазовые и энергетические взаимодействия на различных поверхностях.

Поверхностная активность, которую в определенных условиях могут проявлять многие органические соединения, обусловлена как химическим строением, в частности, дифильностью (полярностью и поляризуемостью) их молекул, так и внешними условиями: характером среды и контактирующих фаз, концентрацией ПАВ, температурой.

ПАВ характеризуются ярко выраженной способностью адсорбироваться на поверхностях и на межфазных границах. Применение комплексных присадок для снижения испаряемости нефти позволит: сохранить ту часть нефти, которая ранее терялась безвозвратно в связи с отсутствием современных эффективных средств для снижения испаряемости; получить дополнительную прибыль от реализации сохраненной части продукции; улучшить экологическую обстановку и условия труда обслуживающего персонала не только на самих нефтехранилищах, но и в расположенных рядом жилых массивах; уменьшить пожароопасность нефтехранилищ, повысить срок службы резервуаров и т. д.

Все известные способы применения ПАВ были опробованы для бензиновых резервуаров, но не для нефтяных.

Основной недостаток подготовленного заранее ПАВ — высокая токсичность, которая обусловлена наличием в составе соединений фтора и хлора, что послужило основанием для запрета на производство четвертичных аммониевых солей и подтверждается отсутствием этих солей в перечне продуктов переработки нефти.

Анионные ПАВ входят в состав большинства добавок для нефтяных резервуаров. Причем наилучшим действием обладают ПАВ с алкильными или алкиларильными группами, содержащими в гидрофобной цепи 9–15 атомов углерода. Использование иона натрия, калия и лития усиливают растворимость ПАВ в углеводородных жидкостях.

Рис. 1. Структура подготовки соли К синтетических жирных кислот

В результате экспериментальных исследований выявлено, что минимальное давление насыщенных паров достигается при концентрации C_nH_2n+1COOK 10 мг/кг [5].

Рис. 2. Зависимость давления насыщенных паров нефти от концентрации C_nH_2n+1COOK

Механизм взаимодействия растворов ПАВ с нефтью в резервуарах различных типов сложен и многогранен. Поэтому необходимы дальнейшие экспериментальные и промысловые исследования этой проблемы на современной научной основе.

В случае введения в жидкость поверхностно-активных веществ (C_nH_n+1COOK) часть поверхности жидкости занята данным ПАВ и из-за этого снижаются потери жидкости от испарения.

Литература:

1. Блинов И. Г. Перспективные методы сокращения потерь нефтепродуктов от испарения в резервуарах / И. Г. Блинов и [др.]. — М: ЦНИИТЭнефтехим. — 1990. — с.97
2. Бронштейн И. С. Технологические потери нефти в системах промыслового обустройства и пути их сокращения / И. С. Бронштейн, Б. М. Грошев, А. Ф. Гурьянов // Нефтепромысловое дело и транспорт нефти. — 1985. — № 8. — 21–24 с.
3. Коршак A. A. Системы улавливания легких фракций нефти и нефтепродуктов из резервуаров / A. A. Коршак, И. Г. Блинов, В. Ф. Новоселов. — Уфа.: Изд. Уфим. нефт. институт, 1991. — 428 с.
4. Коршак А. А. Ресурсосберегающие методы и технологии при транспортировке и хранении нефти и нефтепродуктов / A. A. Коршак. — Уфа: Дизайн. Полиграф. Сервис, 2006. — 192 с.
5. Фархан М. М., Корзун Н. В. Влияние поверхностно-активных веществ на упругость паров бензина / М. М. Фархан, Н. В. Корзун // Известия вузов. Нефть и газ, 2012. — № 4. — c. 113–115.